光存储技术及其发展

1、光存储技术及其发展光存储技术是采用激光照射介质，激光与介质相互作用，导致介质的性质发生变化而将信息存储下来的。读出信息是用激光扫描介质，识别出存储单元性质的变化。在实际操作中，通常都是以二进制数据形式存储信息的，所以首先要将信息转化为二进制数据。写入时，将主机送来的数据编码，然后送入光调制器，这样激光源就输出强度不同的光束。一、光存储技术原理伴随信息资源的数字化和信息量的迅猛增长，对存储器的存储密度、存取速率及存储寿命的要求不断提高。在这种情况下，光存储技术应运而生。光存储技术具有存储密度高、存储寿命长、非接触式读写和檫出、信息的信噪比高、信息位的价格低等优点。 此激光束经光路系统、物镜聚焦后

2、照射到介质上（焦点处记录斑直径正比于波长，反比于聚焦系统的数值孔径NA）,其中一种存储方法是介质被激光烧蚀出小凹坑。介质上被烧蚀和未烧蚀的两种状态对应着两种不同的二进制数据。识别存储单元这些性质变化，即读出被存储的数据。 二、光存储技术的发展1.MO: 仍在继续成长1990年中期，5.25英寸磁光盘（即MO，3.5英寸的MO只出现在日本）系统取代了12英寸写一次可读多次 (WORM) 光盘的统治地位，并且把这种地位一直保持到最近。在MO驱动器中有一个电磁头来极化记录层上的磁点，它只有在温度很高时才会改变。所以MO磁盘的工作方式是：MO磁盘的一面上有一个激光二极管把极点加热到临界温度（称为“居里

3、点”），而在另一面的磁头把该点极化。当该极点“旋离”激光头后，该点会迅速冷却下来，并保持了极性，除非对它再次加热和加磁。一般的磁铁摩擦，甚至核磁共振扫描仪都对MO磁盘没有影响。MO最可怕的竞争来自可读写压缩光碟（CD-R，1990年出现）。MO的制造商通过在不提升价格的同时显著增加容量的方式回击CD-R的挑战。所有MO制造商都统一了标准，并且采取了一致的发展“路线”：每隔18个月把容量提高一倍。MO的容量从1.3GB、2.6GB、5.2GB、一直发展到现在的9.4GB(4.7GB/面)。并且每种新型的MO驱动器仍可以读取以前三代MO媒质，同时至少能写前两代的MO盘。MO的用户和存储管理员把这种

4、投资保护特点看作是MO的最大优势，并且对MO非常忠心。但是MO生产商知道，9.4GB可能是5.25英寸MO盘的极限了。因为如果进一步缩小或密排记录点，那么就会导致无法接受的高错误率；而如果把激光二极管的波长从红光一端转到蓝光一端，虽可提高容量（可提高4倍），但制造商现在无法生产足够小、足够便宜和使用寿命足够长的蓝光激光二极管。 2.CD: 燃烧的渴望当第一批可读写CD系统上市时，这种系统的驱动器价格高达5000多美元，盘片价格也有20多美元。但是这种光盘可以在任何CD-ROM驱动器或CD-音频播放机中使用。这种技术在出现后就被迅速标准化，并且十几家制造商开始制造这种系统。飞利浦和索尼还推出了一

5、种可读写的 (CD-RW) 光盘，并鼓动所有只读驱动器的制造商在其产品中安装这种“多次读写”芯片。今天，标准的CD-RW驱动器(“CD 刻录机”) 的零售价格不超过200美元，而可读写光盘的价格在1美元左右，一次写入的光盘价格低于0.50美元。最近出现了另外一种标准规格的可读写光盘。用于高速记录（即由12倍速以上的新驱动器写入）的CD-RW光盘不能用于8倍速以下的老式光盘驱动器。所以在升级之前，请检查您驱动器的规格。 Eastman Kodak 推出了一种极具诱惑力的混合CD（CD-PROM），它综合了“只读”和“可记录”两种特点。用户可用CD-PROM为特定收件人定制发行光盘，用户则可以更改

6、某些文件，但是不能更改其他文件。即便如此，说它是一种杀手锏还为时过早。 3.DVD: 下一阶段六年以前，在业界第一个标准组织光存储技术协会中有过一次争论，争论的一方是索尼和飞利浦，另一方是东芝、日立和Matsushita。他们所争论的问题是关于一种新型的、高容量的、与CD媒质采用相同形式的光盘系统。争论的结果是东芝联盟一方“赢了”，他们把这种新格式命名为DVD。 DVD记录采用了相变技术。这种技术已经存在多年，其原理是：激光二极管发出的热量使记录点呈现高反射（“水晶”）状态或另外一种状态（“非晶体”），而第二个激光二极管在读取这两种不同状态时把它们分别标识为“1”或“0”。（相比之下， CD-

7、R只写一次，因为它使用“烧蚀”技术在记录层中产生一种永久性的、物理的标记。）MO制造商多年来一直批评相变记录技术，他们声称这种媒质的写入次数只能达到MO的十分之一。但这种数字是“几十万次”与“几百万次”的比较。对于普通的存储应用来说，这种比较根本没有什么实际意义。需要记住的是，DVD的容量不是由数据存储业设置的，而是由好莱坞制定的。一张DVD光碟需要容纳两个小时的全动作片，并能提供广播电视级的图像大小和质量。最终，DVD采用相当紧密的压缩算法 (MPEG-2)，每个记录层的最低容量是4.7GB。现在这个数字已经成了标准。先锋、Matsushita、东芝、日立等厂家都把他们的最新式DVD录制机制

8、成多功能的：先锋增加了一种称为DVD-RW格式的可重写能力，Matsushita集团采用了只写入一次的DVD-R。你可能会猜到，不同厂家的可重写媒质是不兼容的，而只有DVD-R光盘是通用的。现在出现了一种更专用的可读写格式。索尼、飞利浦以及其他四个厂商都在宣传DVD+RW 格式。但是DVD+RW驱动器和介质才刚刚上市。惠普推出了第一个商业品牌的DVD+RW，而戴尔是支持它的第一个PC制造商。现在，苹果公司也OEM了先锋的DVD-R驱动器。 用户：选择适用的在采用光碟存储方法之前，我们还应该问问是否有更新的、更好的存储技术出现。从长远的观点来看，当然有。可IT企业不希望在短期内系统的存储能力有巨

9、大提高。比如，DVD每面可以有两个数据层，但还不能实现在每面上提供两个可记录层。在一两年之内，这种改进恐怕无法实现。 今年可能要出现一种称为“DataPlay”的一次写入格式。它可在四分之一的普通盘片面积上存储500MB数据。Samsung 和 Imation将推出第一批DataPlay驱动器和盘片。据说这种格式的物理大小和容量可能更适合于“娱乐”而不是用于“数据”。 不要相信一些“虚幻”的未来许诺。蓝光激光二极管仍然没有任何明显进展。几年以前，Quinta 和TeraStor曾经极力鼓吹称为“近场”和“远场”记录的光磁混合技术，结果是这两种方案到现在也没有投入实际生产。只有在材料科学发生重大

10、突破后，全息系统才有可能在一块方糖大小的空间上存储他们曾经吹嘘过的TB级数据。三、光存储技术的分类及最新进展只读式光盘记录介质为涂有光刻胶的玻璃盘基。在调制后的激光束的照射下，再经过曝光、显影、脱胶等过程，正像母盘上就出现凹凸的信号结构。之后利用蒸发和电镀技术，得金属负像母盘，最后用注塑法或光聚合法在金属母盘上复制光盘。读出信息：激光照射在凹坑上，利用凹坑与周围介质反射率差别读出信息。 1.CD-R 光盘记录信息：利用热效应。用聚焦激光束照射CD-R 光盘中的有机染料记录层，照射点的染料发生汽化，形成与记录信息对应的坑点，完成信息的记录。读出信息：利用坑点与周围介质反射率的区别。 2.可檫写光

11、盘相变型存储材料的光盘 记录信息：高功率调制后的激光束照射记录介质，形成非晶相记录点。非晶相记录点的反射率与未被照射的晶态部分有明显的差异。读出信息：用低功率激光照射存储单元，利用反射光的差异读出信息。信息的擦除：相记录点在低功率、宽脉冲激光照射下，又变回到晶态。 磁光存储材料的光盘 记录信息：记录介质为磁化方向单向规则排列的垂直磁光膜。在聚焦激光束照射下，发生热磁效应，记录点的磁化方向发生变化，进而完成信息记录。读出信息：利用法拉第效应和克尔效应。信息的擦出：在激光的作用下，改变偏磁场的方向，删出了记录信息。 第一代、第二代光盘技术多媒体信息时代的第一次数字化革命是以直径为12cm 的高音质

12、CD（Compact disc）光盘取代直径为30cm 的密纹唱片。这其中包括CD-ROM, CD-R 和CD-RW 类型。CD 光盘使用的激光波长为780nm，数值孔径为0.45，道间距为1.6um，存储容量为650MB。第二代数字多用光盘DVD(Digital Versatile Disk)使用的激光波长为635/650nm，数值孔径为0.6，道间距为0.74um，单面存储容量为4.7GB，双面双层结构的为17GB。DVD光盘系列有DVD-ROM, DVD-R, DVD-RW, DVD+RW 等多种类型。目前DVD-Multi 已兼容了。DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM 三种光盘。上述这些产品的问世，对包括音频、视频信息在内的数据的记录都发挥过巨大的作用。 蓝光存储及近场光存储高清晰度电视HDTV(High-Definition)的投入使用，要求研发出更高存储密度的光盘，蓝光存储、近场光存储等应运而生。 多阶光存储技术多阶光存储是目前国内外光存储研究的重点之一，缘于它可以大大地提高存储容量和数据传输率。在传统的光存储系统中，二元数据序列存储在记录介质中，记录符只有两种不同的物理状态，例如只读光盘中交替变化的坑岸形貌。多阶光存储是读出信号呈现多阶特性，或者直接采用多阶记录介质。多阶光存储分为信号多阶光存储和介质多阶光存储。 从技术上讲，蓝光光盘的